KR101750956B1 - 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기 - Google Patents

Abstract

액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기가 개시된다. 액적 분리용 플레이트는, 분리기; 및 유입된 원유의 이송 방향에 교차되도록 상기 분리기 내에 수직하게 이격 설치되는 복수의 액적 분리용 플레이트를 포함하되, 상기 액적 분리용 플레이트에는 오일 축적층에 부합하는 높이에 오일 이송 홀과, 물 축적층에 부합하는 높이에 물 이송 홀이 각각 형성된다.

Description

액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기{Separator having plate for separating droplet}

본 발명은 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기에 관한 것이다.

원유 생산, 저장 및 하역의 과정을 선체에서 처리할 수 있도록 개발된 FPSO(Floating Production Storage and Offloading) 등과 같은 해상 부유체에는 레저부아(reservoir)에서 채취한 원유를 가스, 오일, 물, 모래와 실트 등을 분리하기 위한 분리기(separator)를 구비하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 분리기(100)에 유입된 원유는 시간 경과에 따라 중력에 의해 모래와 실트(silt) 등의 무거운 성분은 최하부에 가라앉고, 물이 탱크 하부에 축적되며, 그 상부에 액체 상태의 탄화수소 성분인 오일이, 최상부에는 기체상태의 탄화수소 성분이 위치하게 된다. 참고로, 도 1의 도면부호 105는 원유 유입관을, 110은 위어(wier) 패널을, 115는 모래 및 실트 등을 분리기(100) 외부로 배출시키는 드레인(drain) 관을, 120은 디포머 팩(deformer pack)을, 125는 오일 배출관을, 130은 미스트 익스트랙터(mist extracter)를, 135는 가스 배출관을 각각 나타낸다.

분리기(100)에 원유가 유입되어 오일, 물 등의 각 성분들로 분리되어 탱크 최하부에 침전된 모래와 실트는 하부에 축적된 물과 함께 드레인 관(115)을 통해 외부로 배출되고, 위어 패널(110)을 흘러 넘친 오일은 오일 배출관(125)을 통해 외부로 배출된다. 물론, 모래와 실트가 존재하지 않더라도 하부층의 물은 드레인 관(115)을 통해 외부로 배출될 수 있을 것이다.

그러나 종래의 분리기(100)는 원유 유입관(105)을 통해 유입된 원유가 위어 패널(110) 방향으로 흐르는 과정에서 밀도차에 의해서만 각 성분들로 분리가 진행되는 구조를 가지고 있어, 오일 축적층에 존재하는 작은 액적 크기의 물 방울이나, 물 축적층에 존재하는 작은 액적 크기의 오일 방울이 정상적으로 분리되지 못하는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제2014-0023279호(개량된 분리기 및 분리방법)

본 발명은 물 축적층과 오일 축적층 각각에서의 유체의 흐름 방향을 왜곡시킴으로써 물 축적층과 오일 축적층 각각에 존재하는 작은 액적 크기의 물방울과 오일 방울이 뭉쳐져 물 축적층과 오일 축적층으로 각각 이동될 수 있도록 유도하는 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 분리기(separator); 및 유입된 원유의 이송 방향에 교차되도록 상기 분리기 내에 수직하게 이격 설치되는 복수의 액적 분리용 플레이트를 포함하되, 상기 액적 분리용 플레이트에는 오일 축적층에 부합하는 높이에 오일 이송 홀과, 물 축적층에 부합하는 높이에 물 이송 홀이 각각 형성되는, 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기가 제공된다.

상기 오일 이송 홀에 상응하도록 가이드 판이 경사지게 부착될 수 있다.

물이 상승, 하강을 반복하며 이송되도록 하기 위해, 상기 물 이송 홀은 순차 배치된 액적 분리용 플레이트에 대해 물 축적층에 부합되는 높이에서 상대적으로 상부 위치와 상대적으로 하부 위치로 교번 배치될 수 있다. 여기서, 상기 물 이송 홀에는 공극이 형성된 그리드 판이 설치될 수 있다.

상기 분리기는 상기 물 이송 홀에 설치되는 공극의 총 면적이 상이하게 형성된 복수의 그리드 판을 더 포함할 수 있다. 여기서, 물이 상승, 하강을 반복하며 이송됨을 유도하기 하기 위해, 상기 물 이송 홀은 순차 배치된 액적 분리용 플레이트에 대해 물 축적층에 부합되는 높이에서 단위 면적당 공극의 총 면적이 상대적으로 큰 그리드 판이 상대적으로 하부에 위치하거나 상대적으로 상부에 위치하도록 교번 배치될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 물 축적층과 오일 축적층 각각에서의 유체의 흐름 방향을 왜곡시킴으로써 물 축적층과 오일 축적층 각각에 존재하는 작은 액적 크기의 물방울과 오일 방울이 뭉쳐져 물 축적층과 오일 축적층으로 각각 이동될 수 있도록 유도하는 효과가 있다.

도 1은 밀도차를 이용한 분리 기법이 적용된 분리기의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 분리용 플레이트가 설치된 분리기의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 분리용 플레이트의 형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액적 분리용 플레이트의 형상을 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 분리용 플레이트가 설치된 분리기의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 분리용 플레이트의 형상을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액적 분리용 플레이트의 형상을 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 분리기(100)는 원유 유입관(105), 위어(weir) 패널(110), 드레인 관(115), 디포머 팩(120), 오일 배출관(125), 미스트 익스트랙터(130), 가스 배출관(135), 액적 분리용 플레이트를 포함할 수 있다.

원유 유입관(105)을 통해 유입된 원유는 분리기(100) 내부에 저장되고, 시간이 지남에 따라 원유 속에 포함된 물, 오일 등은 비중차에 의해 각각의 성분으로 분리되어 분리기(100)의 내부 공간에 축적된다.

분리기(100) 내부에는 원유 표면의 기포 발생을 방지하기 위해 디포머 팩(120)이 설치되고, 물 축적층의 상부에 분리되어 축적되는 오일은 위어 패널(110) 위로 넘쳐 오일 저장 영역에 축적된 후 오일 배출관(125)을 통해 외부로 배출된다.

휘발점(volatile point)이 낮은 가스 성분들은 미스트 익스트랙터(130)를 통과하면서 물 성분이 제거된 후 가스 배출관(135)을 통해 배출된다.

분리기(100) 내에는 원유 유입관(105)을 통해 유입된 원유의 이동 방향(즉, 위어 패널(110)에 근접되는 방향)에 교차되도록 복수의 액적 분리용 플레이트가 수직한 방향으로 이격 설치된다.

액적 분리용 플레이트는 유입된 원유의 이동 방향에 교차되도록 수직하게 이격 설치되는 복수의 플레이트(210), 오일 축적층에 해당되는 높이의 위치에 플레이트(210)에 형성되는 오일 이송 가이드(220) 및 물 축적층에 해당되는 높이의 위치에 플레이트(210)에 형성되는 물 이송 홀(230)을 포함할 수 있다.

오일 이송 가이드(220)는 플레이트(210)에 형성되는 오일 이송 홀(310)과 오일 이송 홀(310)에 상응하여 경사지게 부착되는 가이드 판(320)을 포함할 수 있다.

오일 이송 홀(310)은 플레이트(210)의 몸체에 길이 방향으로 길게 형성되거나, 이격하여 복수로 배치되는 홀(hole)일 수 있다.

도 2 내지 4에는 가이드 판이 사선 방향으로 부착되는 경우가 예시되었으나, 가이드 판(320)은 예를 들어 플레이트(210)를 기준으로 ㅅ자 형상, V자 형상, W자 형상, M자 형상 등으로 다양하게 결합될 수 있음은 당연하다.

그리고, 물 이송 홀(230)은 물 축적층에 해당되는 높이의 위치에서 물이 아래, 위를 왕복하며 위어 패널(110) 측으로 이동될 수 있도록 하기 위해, 순차적으로 배치된 각 플레이트(210)에 대해 아래 또는 위측에 교번 배치된다.

물 이송 홀(230)에는 관통 홀 상태로 유지되지 않고, 도 3에 예시된 바와 같이 하나 이상의 공극(孔隙)이 형성된 그리드 판(330)이 배치될 수도 있다.

원유 유입관(105)을 통해 유입된 원유는 위어 패널(110)쪽으로 이동되는 과정에서 밀도차에 의해 오일 축적층과 물 축적층으로 분리되고, 오일 축적층에 존재하는 오일은 오일 이송 가이드(220)가 형성하는 경로를 통해 이동된다.

이때, 오일은 오일 이송 홀(310)을 통과하는 과정에서 오일 이송 경로가 왜곡되고 또한 가이드 판(320)에 충돌하며 이송되는 등의 원인으로 인해 서로 충돌하게 되고, 이 과정에서 오일 축적층 내에 존재하는 작은 액적 크기의 물 방울들이 점차 커지게 된다(coalescing). 소정의 크기 이상으로 커진 물 방울은 비중 차이에 의해 물 축적층으로 이동(하강)될 것이다.

또한 물 축적층에 존재하는 물은 순차 배치된 플레이트(210)에 위 또는 아래에 교번 배치된 물 이송 홀(230)을 통해 상승, 하강하며 위어 패널(110) 측으로 이동되고, 이 과정에서 물 축적층 내에 존재하는 작은 액적 크기의 오일 방울들은 그리프 판(330)을 통과하면서 서로 충돌하게 되어 큰 액적 크기의 오일 방울을 형성하게 되고, 큰 액적 크기의 오일 방울은 비중 차이에 의해 오일 축적층으로 상승하게 된다.

이와 같이, 물 축적층과 오일 축적층에 각각 존재하는 물과 오일이 물 이송 홀(230)과 오일 이송 가이드(220)가 각각 형성하는 경로를 따라 이동되는 과정에서, 물 성분 및 오일 성분 사이의 충돌을 야기시켜 큰 액적 크기의 물 또는 오일 방울을 형성하고, 형성된 물 또는 오일 방울은 비중 차이에 의해 상응하는 축적층으로 이동된다.

도 4에는 물 이송 홀(230)에 설치되는 그리드 판(330)에 형성된 단위 면적당 공극의 총 면적을 위치별로 상이하게 구성한 액적 분리용 플레이트가 도시되어 있다.

예를 들어 공극의 총 면적을 위치별로 상이하게 구성하는 방법으로는 단위 영역별로 동일 개수로 형성된 공극의 크기를 각각 상이하게 하거나 단위 영역별로 형성된 동일 크기의 공극의 수량을 달리하는 방법 등이 적용될 수 있을 것이다.

도 3에는 물 이송 홀(230)의 위치가 위 또는 아래에 교번 배치된 플레이트(210) 구성이 도시되었으나, 도 4에는 물 이송 홀(230)의 크기와 위치는 상이하되 위치별로 공극의 총 면적을 달리함으로써 공극의 총 면적이 큰 영역을 통해 상대적으로 많은 양의 물이 이송될 것이다.

따라서, 물이 상승 및 하강을 반복하면서 이송될 수 있도록 하기 위해, 순차적으로 이격 설치되는 각각의 액적 분리용 플레이트에 대해서 첫번째 액적 분리용 플레이트는 공극의 총 면적이 상대적으로 큰 단위 영역일 수록 하부에 위치하도록 배치하고, 두번째 액적 분리용 플레이트는 공극의 총 면적이 상대적으로 큰 단위 영역일 수록 상부에 위치하도록 배치하는 방법 등이 적용될 수 있다.

이때, 공극율이 상이할지라도 물 이송 홀(230)에 설치된 그리드 판(330)에 의해 물 축적층에 포함된 작은 액적 크기의 오일 방울이 큰 오일 방울로 성장되어, 오일 축적층으로 분리되도록 할 수 있을 것이다.

또한 본 실시예에 따른 액적 분리용 플레이트가 분리기(100) 내에서 유체의 이송 방향에 교차되도록 복수개 이격 설치되어 일종의 격벽으로 기능됨으로써, 분리기(100)가 설치된 해상 부유체에 가해지는 외력에 따른 분리기(100) 내의 슬러싱(slushing)이 억제될 수도 있음은 당연하다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 분리기 105 : 원유 유입관
110 : 위어 패널 115 : 드레인 관
120 : 디포머 팩 125 : 오일 배출관
130 : 미스트 익스트랙터 135 : 가스 배출관
210 : 플레이트 220 : 오일 이송 가이드
230 : 물 이송홀 310 : 오일 이송 홀
320 : 가이드 판 330 : 그리드 판

Claims (5)

1. 분리기(separator); 및
   유입된 원유의 이송 방향에 교차되도록 상기 분리기 내에 수직하게 이격 설치되는 복수의 액적 분리용 플레이트를 포함하되,
   상기 액적 분리용 플레이트에는 오일 축적층에 부합하는 높이에 오일 이송 홀과, 물 축적층에 부합하는 높이에 물 이송 홀이 각각 형성되고,
   물이 상승, 하강을 반복하며 이송되도록 하기 위해, 상기 물 이송 홀은 순차 배치된 액적 분리용 플레이트에 대해 물 축적층에 부합되는 높이에서 상대적으로 상부 위치와 상대적으로 하부 위치로 교번 배치되는, 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오일 이송 홀에 상응하도록 가이드 판이 경사지게 부착되는, 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 물 이송 홀에는 공극이 형성된 그리드 판이 설치되는, 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 물 이송 홀에 설치되는 공극의 총 면적이 상이하게 형성된 복수의 그리드 판을 더 포함하되,
   물이 상승, 하강을 반복하며 이송됨을 유도하기 하기 위해, 상기 물 이송 홀은 순차 배치된 액적 분리용 플레이트에 대해 물 축적층에 부합되는 높이에서 단위 면적당 공극의 총 면적이 상대적으로 큰 그리드 판이 상대적으로 하부에 위치하거나 상대적으로 상부에 위치하도록 교번 배치되는, 액적 분리용 플레이트가 구비된 분리기.

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